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將 GKE Pod 放置在特定區域

Autopilot Standard

本頁說明如何使用區域拓撲，指示 Google Kubernetes Engine (GKE) 在特定 Google Cloud 區域的節點上執行 Pod。這類刊登位置適用於下列情況：

Pod 必須存取儲存在可用區 Compute Engine 永久磁碟中的資料。
Pod 必須與其他可用區資源 (例如 Cloud SQL 執行個體) 一併執行。

您也可以搭配使用區域放置位置和拓撲感知流量路由，縮短用戶端與工作負載之間的延遲時間。如要進一步瞭解拓撲感知流量轉送，請參閱「拓撲感知轉送」。

使用區域拓撲控管 Pod 配置是進階 Kubernetes 機制，只有在需要 Pod 在特定區域中執行的情況下才應使用。在多數正式環境中，建議您盡可能使用區域性資源 (GKE 預設值)。

可用區配置方法

可用區拓撲內建於 Kubernetes，並具有 topology.kubernetes.io/zone: ZONE 節點標籤。如要讓 GKE 將 Pod 放在特定區域，請使用下列其中一種方法：

nodeAffinity：在 Pod 規格中，為一或多個 Google Cloud 區域指定 nodeAffinity 規則。這個方法比 nodeSelector 更有彈性，因為您可以將 Pod 放在多個可用區。
nodeSelector：在單一 Google Cloud 可用區的 Pod 規格中指定 nodeSelector。
運算類別：設定 Pod 使用 GKE 運算類別。這種做法可讓您定義優先區域集清單。 Google Cloud 當這些可用區有節點時，工作負載就能動態移至最偏好的可用區組合。詳情請參閱「關於自訂運算級別」。

注意事項

使用可用區拓撲進行可用區 Pod 部署時，請注意下列事項：

叢集必須與要求的區域位於相同 Google Cloud 區域。
在 Standard 叢集中，您必須使用自動佈建節點功能，或在要求的可用區中建立含有節點的節點集區。Autopilot 叢集會自動為您管理這項程序。
標準叢集必須是區域叢集。

定價

區域拓撲是 Kubernetes 的排程功能，GKE 提供這項功能時不會額外收費。

如需定價詳細資料，請參閱 GKE 定價。

事前準備

開始之前，請務必先完成下列工作：

啟用 Google Kubernetes Engine API。

啟用 Google Kubernetes Engine API

如要使用 Google Cloud CLI 執行這項工作，請安裝並初始化 gcloud CLI。如果您先前已安裝 gcloud CLI，請執行 gcloud components update 指令，取得最新版本。較舊的 gcloud CLI 版本可能不支援執行本文件中的指令。
注意：如果是現有的 gcloud CLI 安裝項目，請務必設定 compute/region 屬性。如果您主要使用區域叢集，請改為設定 compute/zone。設定預設位置後，即可避免 gcloud CLI 發生錯誤，例如：One of [--zone, --region] must be supplied: Please specify location。如果叢集位置與您設定的預設位置不同，您可能需要在特定指令中指定位置。

請確認您在要放置 Pod 的可用區所在的Google Cloud 區域中，已有現有的 GKE 叢集。如要建立新叢集，請參閱「建立 Autopilot 叢集」。

使用 nodeAffinity 將 Pod 放在多個可用區

Kubernetes nodeAffinity 提供彈性的排程控制機制，支援多個標籤選取器和邏輯運算子。如要讓 Pod 在一組區域中執行 (例如 us-central1-a 或 us-central1-f)，請使用 nodeAffinity。

將下列資訊清單儲存為 multi-zone-affinity.yaml：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-multi-zone
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-multi-zone
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80
      affinity:
        nodeAffinity:
          requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
            nodeSelectorTerms:
            - matchExpressions:
              - key: topology.kubernetes.io/zone
                operator: In
                values:
                - us-central1-a
                - us-central1-f

這個資訊清單會建立含有三個副本的 Deployment，並根據節點可用性，將 Pod 放置在 us-central1-a 或 us-central1-f 中。

請確認叢集位於 us-central1 區域。如果叢集位於不同區域，請將資訊清單值欄位中的可用區變更為叢集區域中的有效可用區。

選用：如要佈建 TPU VM，請使用 AI 可用區，例如 us-central1-ai1a。AI 可用區是專門的地點，經過最佳化調整，可處理 Google Cloud 區域內的 AI/機器學習工作負載。

建立 Deployment：
```
kubectl create -f multi-zone-affinity.yaml
```
GKE 會在其中一個指定可用區的節點中建立 Pod。多個 Pod 可能會在同一個節點上執行。您也可以選擇使用 Pod 反親和性，指示 GKE 將每個 Pod 放在不同的節點上。

使用 nodeSelector 將 Pod 放在單一可用區

如要將 Pod 放在單一可用區，請在 Pod 規格中使用 nodeSelector。nodeSelector 等於指定單一可用區的 requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution nodeAffinity 規則。

將下列資訊清單儲存為 single-zone-selector.yaml：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-singlezone
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-singlezone
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-singlezone
    spec:
      nodeSelector:
        topology.kubernetes.io/zone: "us-central1-a"
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

這份資訊清單會告知 GKE 將 Deployment 中的所有副本放置在 us-central1-a 可用區。

建立 Deployment：

kubectl create -f single-zone-selector.yaml

使用運算類別，優先在所選可用區中放置 Pod

GKE 運算類別提供控制機制，可讓您定義節點設定優先順序清單。可用區偏好設定可讓您定義要 GKE 將 Pod 放置在哪些可用區。

使用位置區域優先順序

如要使用位置可用區優先順序，在運算類別中定義可用區偏好設定，必須使用 GKE 1.33.1-gke.1545000 以上版本。

以下範例會建立運算級別，指定 Pod 的偏好可用區清單。

這些步驟假設叢集位於 us-central1 區域。如果叢集位於其他區域，請將資訊清單中的可用區值變更為叢集區域中的有效可用區。

將下列資訊清單儲存為 zones-custom-compute-class.yaml：
```
apiVersion: cloud.google.com/v1
kind: ComputeClass
metadata:
  name: zones-custom-compute-class
spec:
  priorities:
  - location:
    zones: [us-central1-a, us-central1-b]
  - location:
    zones: [us-central1-c]
  activeMigration:
    optimizeRulePriority: true
  nodePoolAutoCreation:
    enabled: true
  whenUnsatisfiable: ScaleUpAnyway
```
這項運算類別資訊清單會變更縮放行為，如下所示：
1. GKE 會嘗試將 Pod 放在 us-central1-a 或 us-central1-b 中。
2. 如果 us-central1-a 和 us-central1-b 沒有可用容量，GKE 會嘗試將 Pod 放置在 us-central1-c 中。
3. 如果 us-central1-c 沒有可用容量，whenUnsatisfiable: ScaleUpAnyway 欄位會讓 GKE 將 Pod 放在該區域中的任何可用可用區。
4. 如果運算類別中優先順序較高的可用區稍後可用，activeMigration.optimizeRulePriority: true 欄位會讓 GKE 將 Pod 從優先順序較低的可用區移至該可用區。這項遷移作業會使用 Pod 中斷預算，確保服務可用性。
建立自訂 Compute Class：
```
kubectl create -f zones-custom-compute-class.yaml
```
GKE 會建立工作負載可參照的自訂運算類別。

將下列資訊清單儲存為 custom-compute-class-deployment.yaml：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-zonal-preferences
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-zonal-preferences
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-zonal-preferences
    spec:
      nodeSelector:
        cloud.google.com/compute-class: "zones-custom-compute-class"
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

建立 Deployment：

kubectl create -f custom-compute-class-deployment.yaml

使用位置 zoneTypes 優先順序

如要在運算類別中定義可用區偏好設定，並使用位置區域類型優先順序，必須使用 GKE 1.35.2-gke.1842000 以上版本。為 Pod 選取區域類型後，系統會視您的設定使用或建立新的節點集區，涵蓋特定類型的所有區域。

您可以在運算類別中指定下列區域類型：

STANDARD：區域中的一般用途 Google Cloud 可用區。建議用於非機器學習工作負載。
AI：專為 AI/加速器容量最佳化的特殊可用區。建議用於 AI/機器學習工作負載。
CLUSTER_DEFAULT：叢集autoprovisioning-locations中指定的可用區 (如為空白，則為叢集的位置)。

如要進一步瞭解標準可用區和 AI 可用區，請參閱「關於 AI 可用區」一文。

合併欄位的限制

在同一個優先順序項目中，您無法將 zoneTypes 欄位與 location.zones 欄位或 reservations.specific 欄位合併。只要將 zoneTypes 欄位和 location.zones 欄位放在不同的優先順序項目中，即可在同一個運算類別中使用這兩個欄位。

此外，priorityDefaults 欄位會套用至運算類別中的每個優先順序。這項規則的影響是，在 priorityDefaults 欄位中設定 zoneTypes 欄位，會導致您無法在任何優先順序中使用 location.zones 欄位或 reservations.specific 欄位。

有效範例：優先順序不同

以下範例有效，因為 zones 和 zoneTypes 是在不同的優先順序項目中指定：

apiVersion: cloud.google.com/v1
kind: ComputeClass
metadata:
  name: valid-zonal-preferences
spec:
  priorities:
  - location:
      zones: [us-central1-a]
  - location:
      zoneTypes: [AI]

無效示例：優先順序相同

以下範例無效，因為 zones 和 zoneTypes 是在同一個優先順序項目中指定：

apiVersion: cloud.google.com/v1
kind: ComputeClass
metadata:
  name: invalid-same-priority
spec:
  priorities:
  - location:
      zones: [us-central1-a]
      zoneTypes: [AI] # Error: mutually exclusive

無效範例：與預設值衝突

以下範例無效，因為在 priorityDefaults 區段中設定 zoneTypes 欄位，會與優先順序項目的 zones 欄位衝突：

apiVersion: cloud.google.com/v1
kind: ComputeClass
metadata:
  name: invalid-defaults-conflict
spec:
  priorityDefaults:
    location:
      zoneTypes: [AI]
  priorities:
  - location:
      zones: [us-central1-a] # Error: merges with defaults

使用範例

以下範例會建立運算類別，指定 Pod 的偏好區域類型清單。

將下列資訊清單儲存為 zone-types-custom-compute-class.yaml：
```
apiVersion: cloud.google.com/v1
kind: ComputeClass
metadata:
  name: zone-types-custom-compute-class
spec:
  priorities:
  - location:
    zones: [us-central1-c]
  - location:
    zoneTypes:
    - AI
  - location:
    zoneTypes:
    - CLUSTER_DEFAULT
  activeMigration:
    optimizeRulePriority: true
  nodePoolAutoCreation:
    enabled: true
  whenUnsatisfiable: ScaleUpAnyway
```
這個運算類別資訊清單會變更資源調度行為，如下所示：
1. GKE 會嘗試將 Pod 放在 us-central1-c 可用區。
2. 如果 us-central1-c 沒有可用容量，GKE 會嘗試將 Pod 放在該區域中的任何 AI 可用區。
3. 如果所有 AI 可用區都沒有可用容量，GKE 會嘗試將 Pod 放在任何 CLUSTER_DEFAULT 可用區。
4. 如果所有 CLUSTER_DEFAULT 可用區都沒有可用容量，whenUnsatisfiable: ScaleUpAnyway 欄位會讓 GKE 將 Pod 放在該區域中任何可用的可用區。
5. 如果運算類別中優先順序較高的可用區稍後可用，activeMigration.optimizeRulePriority: true 欄位會讓 GKE 將 Pod 從任何優先順序較低的可用區移至該可用區。這項遷移作業會使用 Pod 中斷預算，確保服務可用性。
建立自訂 Compute 類別：
```
kubectl create -f zone-types-custom-compute-class.yaml
```
GKE 會建立工作負載可參照的自訂運算類別。

將下列資訊清單儲存為 custom-compute-class-deployment.yaml：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-zonal-preferences
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx-zonal-preferences
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-zonal-preferences
    spec:
      nodeSelector: cloud.google.com/compute-class: "zone-types-custom-compute-class"
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

建立 Deployment：

kubectl create -f custom-compute-class-deployment.yaml

NAP 如何評估 `zoneTypes`

判斷是否要重複使用現有節點集區或建立新節點集區時，自動佈建節點 (NAP) 通常會要求節點集區的現有可用區與您要求的 zoneTypes 完全相符。如果更新優先順序以納入更廣泛的區域類型 (例如從 [AI] 移至 [AI, STANDARD])，NAP 會佈建新的節點集區，以符合新的確切形狀。

依機型修剪

如果某個機型 (例如 h3-standard-88) 僅適用於類型定義的可用區子集 (例如僅適用於 us-central1-a)，GKE 會自動將節點集區位置清單縮減為僅包含實際提供該硬體的可用區。

指定 AI 可用區

AI 可用區是專門的可用區，用於 AI/機器學習訓練和推論工作負載。這些區域提供大量機器學習加速器容量。詳情請參閱 AI 可用區說明文件。

在本文件和 GKE 說明文件中，「標準可用區」或「可用區」是指 Google Cloud 區域內的非 AI 可用區。

在 GKE 中使用 AI 專區前，請先考量下列特性：

AI 可用區與標準可用區實體隔離，可提供額外的儲存空間和電力。這種分離可能會導致延遲時間變長，但一般來說，AI/機器學習工作負載可容許這種情況。
AI 可用區的後置字串會加上 ai 標記。舉例來說，us-central1 區域中的 AI 可用區名稱為 us-central1-ai1a。
目前僅支援 TPU VM。
叢集的控制層會在與 AI 可用區相同區域的一或多個標準可用區中執行。
如要執行未附加 TPU 的 VM，必須符合下列條件：
- 您已在同一可用區中執行其他使用 TPU VM 的工作負載。
- 非 TPU VM 可以是 Spot VM、與預留項目綁定，或是節點集區的一部分，且具有特定的加速器與一般用途 VM 比例。
注意： 即使 GKE 允許您建立節點集區，Compute Engine 也只會在符合這些條件時佈建 VM。詳情請參閱「AI 可用區」一文。
AI 可用區與相同區域內具有相同後置字串的標準可用區共用元件，例如網路連線和軟體推出。如果是高可用性工作負載，建議您使用不同可用區。舉例來說，請避免同時使用 us-central1-ai1a 和 us-central1-a 來確保高可用性。

根據預設，GKE 不會在 AI 區域部署工作負載。如要使用 AI 專區，請設定下列任一選項：

(建議) ComputeClasses：將最高優先順序設為在 AI 可用區中要求隨選 TPU。您可以透過 ComputeClass，為工作負載定義優先順序清單的硬體設定。如需範例，請參閱「關於 ComputeClasses」。
自動佈建節點：在 Pod 規格中使用 nodeSelector 或 nodeAffinity，指示自動佈建節點功能在 AI 可用區中建立節點集區。如果工作負載未明確指定 AI 可用區，節點自動佈建功能在建立新的節點集區時，只會考慮標準可用區或 --autoprovisioning-locations 中的可用區。這項設定可確保未執行 AI/機器學習模型的工作負載，仍會保留在標準可用區中，除非您明確設定其他選項。如要查看使用 nodeSelector 的資訊清單範例，請參閱「設定自動建立節點的預設可用區」。
GKE Standard：如果您直接管理節點集區，請在建立節點集區時，於 --node-locations 旗標中使用 AI 可用區。如需範例，請參閱「在 GKE Standard 中部署 TPU 工作負載」。

確認 Pod 放置位置

如要驗證 Pod 的放置位置，請列出 Pod 並檢查節點標籤。單一節點中可能會執行多個 Pod，因此如果您使用 nodeAffinity，可能不會看到 Pod 分散在多個區域。

列出 Pod：
```
kubectl get pods -o wide
```
輸出內容會列出執行中的 Pod 和對應的 GKE 節點。

說明節點：

kubectl describe node NODE_NAME | grep "topology.kubernetes.io/zone"

將 NODE_NAME 替換為節點名稱。

輸出結果會與下列內容相似：

topology.kubernetes.io/zone: us-central1-a

如要讓 GKE 將 Pod 平均分散到多個可用區，以便在多個故障域中改善容錯移轉，請使用 topologySpreadConstraints。

將 GKE Pod 放置在特定區域 透過集合功能整理內容 你可以依據偏好儲存及分類內容。

可用區配置方法

注意事項

定價

事前準備

使用 nodeAffinity 將 Pod 放在多個可用區

使用 nodeSelector 將 Pod 放在單一可用區

使用運算類別，優先在所選可用區中放置 Pod

使用位置區域優先順序

使用位置 zoneTypes 優先順序

合併欄位的限制

有效範例：優先順序不同

無效示例：優先順序相同

無效範例：與預設值衝突

使用範例

NAP 如何評估 zoneTypes

依機型修剪

指定 AI 可用區

確認 Pod 放置位置

後續步驟

將 GKE Pod 放置在特定區域

NAP 如何評估 `zoneTypes`